Druckschlagbelastung auf schlanke zylindrische Bauwerke durch brechende Wellen: Theoretische und großmaßstäbliche Laboruntersuchungen: Fid-Bau Portal

Druckschlagbelastung auf schlanke zylindrische Bauwerke durch brechende Wellen: Theoretische und großmaßstäbliche Laboruntersuchungen

Wienke, Jan

Abstract

Im Bereich des See- und Hafenbaus stellt der schlanke Kreiszylinder eine typische Bauwerkskomponente dar. Seine Seegangsbelastung wird gewöhnlich nach der empirischen Morison Gleichung bestimmt. In dieser Arbeit wird der Sonderfall der Belastung durch brechende Wellen untersucht. Die Brecherbelastung wird in einen quasistatischen und einen dynamischen Lastanteil zerlegt. Die quasistatische Last wird in guter Näherung durch die Morison Gleichung beschrieben, während der dynamische Anteil dem Stoß der Wassermasse gegen den Zylinder zugeordnet wird. Das zeitliche Verhalten und die Intensität dieser Stoßbelastung werden analysiert. Die theoretische Beschreibung basiert auf der 2-dimensionalen Beschreibung von Wagner (1932), die auf die gesamte Dauer des Druckschlags extrapoliert und auf den 3-dimensionalen Fall erweitert wird. Auf diese Weise wird eine analytische Beschreibung für die Kraft des Druckstoßes entwickelt. Großmaßstäblichen Experimente bestätigen die 2-dimensionale theoretische Beschreibung durch die Übereinstimmung mit der gemessenen lokalen Druckbelastung eines Testzylinders. Die 3 dimensionale theoretische Beschreibung wird mit der aus den gemessenen Lagerkräften ermittelten Gesamtbelastung verglichen. Aus diesem Vergleich wird der in der theoretischen Beschreibung enthaltene curling Faktor bestimmt. Die experimentellen Untersuchungen beschränken sich auf Sturzbrecher, die sich im Wellenkanal aus interferierenden Wellenpaketen bilden. Die Variation des Abstands zwischen Brechpunkt und Zylinder führt zu einer Klassifikation der Brecher. Die Abhängigkeit der Stoßkraft von der Neigung des Zylinders entlang und entgegen der Wellenrichtung wird in fünf Versuchsreihen ermittelt.